將空氣裝進(jìn)罐子，揭秘地表最強(qiáng) “充電寶 ”

如果把空氣裝進(jìn)罐子，你會(huì)想到什么？也許是一罐來自阿爾卑斯山的“清新空氣”，或是一瓶網(wǎng)紅款“深海氧氣”。我國(guó)科學(xué)家悄悄干了一件更顛覆想象的事：他們把看不見摸不著的空氣，變成一只巨型“空氣充電寶”。風(fēng)停了、太陽落了，它仍能點(diǎn)亮萬家燈火。

這種被人類“收編”的空氣究竟藏在地球哪個(gè)角落？又是如何在能源告急時(shí)釋放出驚人能量的？謎底就在接下來的文字中。

空氣充電寶是如何“充電”的？

我們都知道，手機(jī)沒電了可以用充電寶應(yīng)急，電動(dòng)車沒電了能找充電樁補(bǔ)能。但當(dāng)電網(wǎng)“電力過剩”或“電力緊缺”時(shí)，該用什么來調(diào)節(jié)呢？這座被稱為“空氣充電寶”的儲(chǔ)能電站，就藏著平衡電網(wǎng)的智慧，它的工作原理圍繞“儲(chǔ)能”與“釋能”的循環(huán)展開，巧妙解決了能源供需的時(shí)間差。

“超級(jí)充電寶” 的誕生

充電（儲(chǔ)能）時(shí)當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)因強(qiáng)風(fēng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，或太陽能板在烈日下電力滿格時(shí)，那些暫時(shí)用不完的電能就會(huì)驅(qū)動(dòng)巨大的壓縮機(jī)，像超級(jí)打氣筒一樣發(fā)力，將空氣壓縮成高壓狀態(tài)，送入特制的“儲(chǔ)能倉(cāng)庫(kù)”封存起來。這便是它“充電”的過程，把那些轉(zhuǎn)瞬即逝的清潔能源牢牢鎖住，不浪費(fèi)寶貴的電力資源。

放電（釋能）時(shí)到了用電高峰時(shí)段，比如傍晚時(shí)分，干家萬戶的燈光亮起、空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，電網(wǎng)的電力需求急劇上升。這時(shí)，“儲(chǔ)能倉(cāng)庫(kù)”便會(huì)打開“閘門”，釋放高壓空氣。這些被壓縮了的空氣如同掙脫束縛的能量洪流，呼嘯而出，推動(dòng)膨脹機(jī)加速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)重新產(chǎn)出電力，為緊張的電網(wǎng)及時(shí)注入活力。

整個(gè)過程就像把電能提前壓縮進(jìn)“空氣罐子”，需要時(shí)再打開罐子，便可即時(shí)“享用”電力，讓風(fēng)能、太陽能這些原本“靠天吃飯”的可再生能源變得穩(wěn)定可控，讓電網(wǎng)變得更加堅(jiān)強(qiáng)可靠。

壓縮空氣儲(chǔ)能工作原理

2024年3月，被譽(yù)為地表最強(qiáng)空氣充電寶的山東肥城300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站首次發(fā)電成功，這是目前世界已建成的規(guī)模最大、效率最高的新型壓縮空氣儲(chǔ)能電站。

這些成就標(biāo)志著我國(guó)在新型壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、裝備及工程應(yīng)用方面，實(shí)現(xiàn)了全面跨越式發(fā)展，引領(lǐng)著全球技術(shù)的進(jìn)步。

神奇儲(chǔ)氣庫(kù)：天然與人工的智慧結(jié)合

一座能儲(chǔ)存高壓空氣的“倉(cāng)庫(kù)”，可謂是空氣充電寶高效運(yùn)轉(zhuǎn)的核心保障。

變廢為寶，地下鹽穴有妙用這座超級(jí)充電寶選址在山東肥效率最高：系統(tǒng)額定設(shè)計(jì)效率 72.1% ，達(dá)世界之最。可實(shí)現(xiàn)連續(xù)放電6小時(shí)，年發(fā)電約6億度，在用電高峰為約20萬一30萬戶居民提供電力保障。

規(guī)模最大：建設(shè)規(guī)模為300MW/1800MWh。

單機(jī)功率最大：達(dá)300兆瓦級(jí)。

系統(tǒng)性能最優(yōu)：?jiǎn)?dòng)時(shí)間為6一8分鐘，變工況運(yùn)行范圍達(dá)40%一105% 。

城，其中有何奧妙呢？

在我國(guó)一些舊鹽礦開采區(qū)，遺留著大量因采礦形成的地下鹽穴。這些洞穴深埋于地下，四壁由厚實(shí)堅(jiān)硬的鹽巖構(gòu)成，是歷經(jīng)干百年地質(zhì)作用形成的天然結(jié)構(gòu)，密封性極佳，堪稱“天然高壓儲(chǔ)氣罐”。更令人稱奇的是鹽巖有“自我修復(fù)”能力：當(dāng)有水分從小裂縫滲入時(shí)，它會(huì)逐漸溶解并重新結(jié)晶，像傷口愈合般自動(dòng)填補(bǔ)縫隙，始終保持結(jié)構(gòu)的完整性。

這種天然優(yōu)勢(shì)讓鹽穴成為儲(chǔ)能的理想選擇一一它能輕松承受數(shù)百個(gè)大氣壓的高壓，遠(yuǎn)超壓縮空氣儲(chǔ)能所需的壓力標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)安全。

而肥城曾是我國(guó)重要的鹽礦開采區(qū)，長(zhǎng)期采礦作業(yè)留下了大量廢棄鹽穴。對(duì)于需要大規(guī)模儲(chǔ)氣的

300兆瓦級(jí)電站而言，肥城的鹽穴資源既省去了巨額的人工儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)費(fèi)用，又利用了廢棄礦洞，真正實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶”的可持續(xù)發(fā)展理念。

靈活多樣，人造儲(chǔ)氣庫(kù)顯威力

鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)雖經(jīng)濟(jì)環(huán)保，但受地質(zhì)條件的限制。我國(guó)的風(fēng)能、太陽能等可再生能源多集中在西部地區(qū)，這些地方往往缺乏天然鹽穴，如何讓空氣充電寶在更多區(qū)域落地？人造儲(chǔ)氣庫(kù)的出現(xiàn)打破了這一限制。

我國(guó)科學(xué)家針對(duì)不同地理環(huán)境開發(fā)出多樣化的人造儲(chǔ)能方案：在地面或淺層土壤中安裝巨型鋼制壓力容器，比如球罐、臥罐或管道，直接實(shí)現(xiàn)高壓空氣的密封存儲(chǔ)；在地下或山體中開鑿出類似鹽穴的人工碉（dng）室，利用巖石的天然強(qiáng)度抵抗內(nèi)部壓力。

這些人造儲(chǔ)氣庫(kù)不受地質(zhì)條件約束，可根據(jù)能源分布情況靈活選址建設(shè)，讓壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在西部等能源富集區(qū)“安家落戶”，讓空氣充電寶的“威力”輻射到更廣闊的天地。

向未來出發(fā)：空氣里的能源密碼

馬斯克曾表示，未來影響AI技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵條件是電力供應(yīng)。當(dāng)下，AI技術(shù)飛速發(fā)展，電力需求呈爆炸式增長(zhǎng)。如ChatGPT這類大模型每日耗電達(dá)50萬千瓦時(shí)，相當(dāng)于1.7萬戶美國(guó)家庭日耗電總和；AI計(jì)算需求每6個(gè)月增長(zhǎng)10倍，而電網(wǎng)升級(jí)需5一15年，導(dǎo)致供需嚴(yán)重脫節(jié)。嚴(yán)峻的環(huán)境和氣候問題又促使各國(guó)加速清潔能源的開發(fā)利用，這對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高要求。

而壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)能實(shí)現(xiàn)4一10小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模儲(chǔ)能，相比抽水蓄能，在建設(shè)周期、選址等方面更具優(yōu)勢(shì)，成為保障可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用、實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)革新的核心技術(shù)之一。

如今，我國(guó)科學(xué)家還將目光投向海洋，渴望將超級(jí)空氣充電寶的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮得更加淋漓盡致一一開發(fā)水下恒壓壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，為海上風(fēng)電、太陽能等清潔能源的開發(fā)提供新支撐。

空氣雖無形，卻藏著未來能源的秘密。或許有一天，你也能加入科研隊(duì)伍，設(shè)計(jì)出更巧妙的儲(chǔ)能方式，讓天空更藍(lán)、地球更綠。科學(xué)世界浩瀚無邊，擁有好奇心與創(chuàng)造力，終將解鎖更多能源奇跡。